6 Вычисление холодильного коэффициента
Холодильный коэффициент теоретического цикла определяется по формуле:
(5)
Холодильный коэффициент действительного цикла определяется по формуле:
(6)
Также холодильный коэффициент действительного цикла можно определить по следующей формуле:
(7)
-
энтальпия точки перегрева газа,
определяется по формуле:
(8)
Определи полную холодопроизводительность:
(9)
Действительная мощность компрессора определяется по формуле:
(10)
7 Расчет эксергетического кпд
Термодинамическое совершенство оценивается эксергетическим КПД:
(11)
-
термический КПД цикла Карно, который
определяется по формуле:
(12)
где
- температура объекта охлаждения
(холодильной камеры), К.
-
температура окружающей среды, К.
Для
компрессорных холодильных машин к
рабочему телу подводится поток
механической энергии в форме работы и
поток тепла от охлаждаемого тела. В
окружающую среду отводится поток тепла
(из конденсатора), эксергия которого
равна 0. Тогда учитывая, что
(13)
и
- потоки эксергии на входе в подсистему
и выходе из нее.
Тогда эксергетический КПД можно вычислить по формуле:
(14)
а также по формуле:
(15)
Следовательно, принимаем эксергетический КПД равным 0,3
8 Расчет потоков и потерь эксергии
Потери эксергии при необратимом политропном сжатии
(16)
Потери эксергии в конденсаторе
(17)
Потери эксергии в дросселе
(18)
Потери эксергии в испарителе
(19)
Потоки и потери эксергии наглядно отражает диаграмма потоков эксергии в парокомпрессионной фреонной холодильной установке (рис. 5)
Рис.5.
Диаграмма потоков и потерь эксергии в
парокомпрессионной фреонной холодильной
установке:
;
;
;
;
;
.
10 Построение процесса в фреонной холодильной установке в e - i координатах
Для построения диаграммы (рис. 6) нужно вычислить эксергию во всех точках по формуле:
(20)
-
расход хладоагента,
-
энтальпия данной точки,
-
энтропия данной точки,
-
энтальпия при температуре окружающей
среды,
-
энтропия при температуре окружающей
среды,
-
температура окружающей среды,
e-i диаграмма фреона R-12
Рис.6. Изображение цикла фреонной парокомпрессионной холодильной
установки
Заключение
Итак, современные холодильные машины работают по обратному циклу Карно, но с некоторыми отклонениями.
Первое отклонение обусловлено заменой расширительного цилиндра в схеме регулирующим дроссельным вентилем. При этом вместо процесса адиабатического расширения протекает процесс дросселирования (сжатия), который приводит к двойным потерям: во-первых, теряется часть полезной работы расширения, во-вторых, уменьшается холодопроизводительность. Это приводит к тому, что работа сил трения при дросселировании холодильного агента превращается в тепло, вызывая дополнительное пареобразование.
Практически потери можно уменьшить понижением температуры холодильного агента перед дроселированием, поэтому в цикл холодильной машины вводится переохлаждение жидкого холодильного агента перед регулирующим вентилем, т.е. охлаждение его температуры ниже температуры конденсации. Это является вторым отклонением от цикла Карно.
Третьей особенностью цикла паровой машины является засасывание компрессором сухого насыщенного пара, что обеспечивает «сухой ход» компрессора.
Также следует отметить и то, что если преобразователь работает по замкнутому циклу, т.е. совершает работу за счет собственной внутренней энергии, то эффективность преобразования в идеальном цикле характеризуется значением термического КПД цикла, имеющим максимальное значение для цикла Карно. Однако термический КПД цикла не отражает потерь, вызванных необратимостью реальных процессов, необходимых для преобразования энергии. Поэтому необходимо учитывать функцию работоспособности, или эксергию. Степень термодинамического совершенства реальных установок определяется тем, насколько велики в этих установках эксергетические потери, вызванные необратимостью. [4]
При наличии необратимых процессов в системе суммарный поток отводимой эксергии всегда меньше суммарного потока подводимой эксергии на величину эксергетических потерь. Термодинамическое совершенство системы характеризуется эксергетическим КПД, определяемым в виде отношения полезно используемой эксергии, пересекающей границу системы, к затрачиваемой эксергии.
В
реальных процессах, занимающих
промежуточное положение, всегда
эксергетический КПД
< 1; чем выше
,
тем система преобразования термодинамически
совершеннее.
Исходя с выше приведенных расчетов, получаем эксергетический КПД, равный 0,3. Из полученного результата следует, что данная парокомпрессионная холодильная машина имеет сравнительно низкий КПД и тем самым является менее темодинамически совершенной.
Из выше приведенных расчетов потерь эксергии очевидно, что наибольшие потери эксергии в конденсаторе, на втором месте по значению потерь занимает компрессор, затем испаритель и дроссель.
В принципе потеря, связанная с охлаждением хладоагента перед конденсатором, может быть сведена к нулю, если вести сжатие по изоэнтропе только до температуры конденсации, а затем по изотерме до точки 3’’; процесс пошел бы по линии 1-с - d-3, что значительно увеличило бы КПД установки, поскольку в этом случае потери в компрессоре и конденсаторе были бы равны нулю.
Итак, возможность повышения КПД таких парокомпрессионных холодильных установок - совершенствование конденсатора и компрессора.
Список используемой литературы
Бродянский В.М. Эксергетический метод и его приложения /
Бродянский В.М., Фратшер В., Михалек К., - М,: Энергоатомиздат,1988.
2. Гребенкина З.И. Методическое указание для проведения лабораторной работы по холодильным установкам / Гребенкина З.И. Киров: кировский политехнический институт, 1992 г.
3. Дытнерский Ю.И. Основные процессы и аппараты химической технологии: Пособие по проектированию / Борисов Г.С., Брыков В.П., Дытнерский Ю.И. и др. Под ред. Дытнерского Ю.И., 2-е изд., перераб. и доп. М.: Химия, 1991 г.
4. Крутов В.И. Техническая термодинамика: Учебник для визов / Под ред. Крутова В.И.-2-е изд., перераб. и доп. - М.: Высшая школа, 1981.
5. Касаткин А.Г. Основные процессы и аппараты химической технологии: Учебник для вузов.-11-е изд., стереотипное, доработанное. Перепечатка с издания 1973 г. - М.: ОООТИД «Альянс», 2005 г.
6. Павлов К.Ф., Романков П.Г., Носков А.А. Примеры и задачи по курсу процессов и аппаратов химической технологии: Учебное пособие для вузов под ред. чл.-корр. АН России П.Г.Романкова. - 12-е изд., стереотипное. Перепечатка с издания 1987 г. М.: ООО ТИД «Альянс», 2005. - 576 с.
7. Чечеткин А.В. Теплотехника: Учебник для химико-технологических специальностей вузов / Чечеткин А.В., Занемонец Н.А. -М.: Высшая школа, 1986.
2